Een nieuwe katalysator voor de opwekking van waterstof uit ammoniak bij lage temperaturen

De huidige wereldwijde noodsituatie op het gebied van het klimaat en de snel afnemende energiebronnen zorgen ervoor dat mensen op zoek gaan naar schonere alternatieven zoals waterstofbrandstof. Bij verbranding in aanwezigheid van zuurstof genereert waterstofgas enorme hoeveelheden energie, maar geen van de schadelijke broeikasgassen, in tegenstelling tot fossiele brandstoffen. Helaas is de meeste waterstof die tegenwoordig wordt geproduceerd, afkomstig van aardgas of fossiele brandstoffen, wat uiteindelijk de CO2-uitstoot verhoogt.

Ammoniak (NH₃), klimaatneutraal waterstof De verbinding heeft de laatste tijd veel aandacht gekregen vanwege de hoge energiedichtheid en de hoge waterstofopslagcapaciteit. Het kan worden afgebroken om stikstof- en waterstofgassen vrij te maken. Ammoniak kan gemakkelijk vloeibaar gemaakt, opgeslagen, getransporteerd en omgezet worden in waterstof brandstof Indien nodig. De waterstofproductie uit ammoniak is echter een langzame reactie met een zeer hoge energiebehoefte. om de productie te versnellen, metaalkatalysatoren Ze helpen vaak om het totale energieverbruik te verminderen en tegelijkertijd waterstof te produceren.

Recente studies hebben aangetoond dat nikkel (Ni) een veelbelovende cofactor is voor de splitsing van ammoniak. Ammoniak wordt geadsorbeerd aan het oppervlak van nikkelkatalysatoren, waarna de bindingen tussen stikstof en waterstof in ammoniak worden verbroken en als afzonderlijke gassen vrijkomen. Het verkrijgen van een goede ammoniakomzetting met behulp van een nikkelkatalysator gaat echter vaak gepaard met zeer hoge bedrijfstemperaturen.

In een recente studie gepubliceerd in ACS Katalysator, heeft een team van onderzoekers van Tokyo Tech, onder leiding van universitair hoofddocent Masaaki Kitano, een oplossing beschreven om de problemen van op nikkel gebaseerde katalysatoren te overwinnen. Ze hebben een Ni-ondersteunde calciumimide (CaNH)-katalysator ontwikkeld die bij lagere bedrijfstemperaturen een goede ammoniakconversie kan bereiken. Dr. Kitano legt uit: “Ons doel was om een ​​zeer actieve katalysator te ontwikkelen die energiezuinig zou zijn. Onze toevoeging van metaalimide aan het katalysatorsysteem verbeterde niet alleen motiverende activiteit Maar het heeft ons ook geholpen het ongrijpbare werkingsmechanisme van dergelijke systemen te ontrafelen.”

Het team ontdekte dat de aanwezigheid van CaNH leidde tot de vorming van NH.^2- Vacatures (v._{New Hampshire}) op het katalysatoroppervlak. Deze actieve soorten verbeterden de katalytische prestatie van Ni/CaNH bij reactietemperaturen die 100 °C lager waren dan die vereist om op Ni gebaseerde katalysatoren te laten werken. De onderzoekers ontwikkelden ook rekenmodellen en voerden isotopenlabels uit om te begrijpen wat er op het oppervlak van de katalysator gebeurde. Berekeningen suggereerden een Mars-van Krevelen-mechanisme met adsorptie van ammoniak op het oppervlak van CaNH en de activering ervan in NH^2- lege locaties, de vorming van stikstof en waterstofgas, en ten slotte de regeneratie van lege locaties bevorderd door nikkelnanodeeltjes.

De zeer actieve en robuuste Ni/CaNH-katalysator kan met succes worden ingezet om te genereren Hydrogen gas van ammoniak. Ook kan het inzicht in het katalytische mechanisme dat door deze studie wordt gepresenteerd, worden gebruikt om een ​​nieuwe generatie stimuli te ontwikkelen. “Omdat de hele wereld samenwerkt om te bouwen duurzame toekomstOns onderzoek heeft tot doel de problemen op te lossen waarmee we worden geconfronteerd op weg naar een schoner brandstofverbruik op waterstof”, besluit Dr. Kitano.

Dit is een sprankje hoop voor ‘s werelds koolstofarme missie.